libeap/src/eap_common/eap_gpsk_common.c

   1 /*
   2  * EAP server/peer: EAP-GPSK shared routines
   3  * Copyright (c) 2006-2007, Jouni Malinen <j@w1.fi>
   4  *
   5  * This software may be distributed under the terms of the BSD license.
   6  * See README for more details.
   7  */
   8
   9 #include "includes.h"
  10
  11 #include "common.h"
  12 #include "crypto/aes_wrap.h"
  13 #include "crypto/sha256.h"
  14 #include "eap_defs.h"
  15 #include "eap_gpsk_common.h"
  16
  17
  18 /**
  19  * eap_gpsk_supported_ciphersuite - Check whether ciphersuite is supported
  20  * @vendor: CSuite/Vendor
  21  * @specifier: CSuite/Specifier
  22  * Returns: 1 if ciphersuite is support, or 0 if not
  23  */
  24 int eap_gpsk_supported_ciphersuite(int vendor, int specifier)
  25 {
  26         if (vendor == EAP_GPSK_VENDOR_IETF &&
  27             specifier == EAP_GPSK_CIPHER_AES)
  28                 return 1;
  29 #ifdef EAP_GPSK_SHA256
  30         if (vendor == EAP_GPSK_VENDOR_IETF &&
  31             specifier == EAP_GPSK_CIPHER_SHA256)
  32                 return 1;
  33 #endif /* EAP_GPSK_SHA256 */
  34         return 0;
  35 }
  36
  37
  38 static int eap_gpsk_gkdf_cmac(const u8 *psk /* Y */,
  39                               const u8 *data /* Z */, size_t data_len,
  40                               u8 *buf, size_t len /* X */)
  41 {
  42         u8 *opos;
  43         size_t i, n, hashlen, left, clen;
  44         u8 ibuf[2], hash[16];
  45         const u8 *addr[2];
  46         size_t vlen[2];
  47
  48         hashlen = sizeof(hash);
  49         /* M_i = MAC_Y (i || Z); (MAC = AES-CMAC-128) */
  50         addr[0] = ibuf;
  51         vlen[0] = sizeof(ibuf);
  52         addr[1] = data;
  53         vlen[1] = data_len;
  54
  55         opos = buf;
  56         left = len;
  57         n = (len + hashlen - 1) / hashlen;
  58         for (i = 1; i <= n; i++) {
  59                 WPA_PUT_BE16(ibuf, i);
  60                 if (omac1_aes_128_vector(psk, 2, addr, vlen, hash))
  61                         return -1;
  62                 clen = left > hashlen ? hashlen : left;
  63                 os_memcpy(opos, hash, clen);
  64                 opos += clen;
  65                 left -= clen;
  66         }
  67
  68         return 0;
  69 }
  70
  71
  72 #ifdef EAP_GPSK_SHA256
  73 static int eap_gpsk_gkdf_sha256(const u8 *psk /* Y */,
  74                                 const u8 *data /* Z */, size_t data_len,
  75                                 u8 *buf, size_t len /* X */)
  76 {
  77         u8 *opos;
  78         size_t i, n, hashlen, left, clen;
  79         u8 ibuf[2], hash[SHA256_MAC_LEN];
  80         const u8 *addr[2];
  81         size_t vlen[2];
  82
  83         hashlen = SHA256_MAC_LEN;
  84         /* M_i = MAC_Y (i || Z); (MAC = HMAC-SHA256) */
  85         addr[0] = ibuf;
  86         vlen[0] = sizeof(ibuf);
  87         addr[1] = data;
  88         vlen[1] = data_len;
  89
  90         opos = buf;
  91         left = len;
  92         n = (len + hashlen - 1) / hashlen;
  93         for (i = 1; i <= n; i++) {
  94                 WPA_PUT_BE16(ibuf, i);
  95                 hmac_sha256_vector(psk, 32, 2, addr, vlen, hash);
  96                 clen = left > hashlen ? hashlen : left;
  97                 os_memcpy(opos, hash, clen);
  98                 opos += clen;
  99                 left -= clen;
 100         }
 101
 102         return 0;
 103 }
 104 #endif /* EAP_GPSK_SHA256 */
 105
 106
 107 static int eap_gpsk_derive_keys_helper(u32 csuite_specifier,
 108                                        u8 *kdf_out, size_t kdf_out_len,
 109                                        const u8 *psk, size_t psk_len,
 110                                        const u8 *seed, size_t seed_len,
 111                                        u8 *msk, u8 *emsk,
 112                                        u8 *sk, size_t sk_len,
 113                                        u8 *pk, size_t pk_len)
 114 {
 115         u8 mk[32], *pos, *data;
 116         size_t data_len, mk_len;
 117         int (*gkdf)(const u8 *_psk, const u8 *_data, size_t _data_len,
 118                     u8 *buf, size_t len);
 119
 120         gkdf = NULL;
 121         switch (csuite_specifier) {
 122         case EAP_GPSK_CIPHER_AES:
 123                 gkdf = eap_gpsk_gkdf_cmac;
 124                 mk_len = 16;
 125                 break;
 126 #ifdef EAP_GPSK_SHA256
 127         case EAP_GPSK_CIPHER_SHA256:
 128                 gkdf = eap_gpsk_gkdf_sha256;
 129                 mk_len = SHA256_MAC_LEN;
 130                 break;
 131 #endif /* EAP_GPSK_SHA256 */
 132         default:
 133                 return -1;
 134         }
 135
 136         if (psk_len < mk_len)
 137                 return -1;
 138
 139         data_len = 2 + psk_len + 6 + seed_len;
 140         data = os_malloc(data_len);
 141         if (data == NULL)
 142                 return -1;
 143         pos = data;
 144         WPA_PUT_BE16(pos, psk_len);
 145         pos += 2;
 146         os_memcpy(pos, psk, psk_len);
 147         pos += psk_len;
 148         WPA_PUT_BE32(pos, EAP_GPSK_VENDOR_IETF); /* CSuite/Vendor = IETF */
 149         pos += 4;
 150         WPA_PUT_BE16(pos, csuite_specifier); /* CSuite/Specifier */
 151         pos += 2;
 152         os_memcpy(pos, seed, seed_len); /* inputString */
 153         wpa_hexdump_key(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: Data to MK derivation",
 154                         data, data_len);
 155
 156         if (gkdf(psk, data, data_len, mk, mk_len) < 0) {
 157                 os_free(data);
 158                 return -1;
 159         }
 160         os_free(data);
 161         wpa_hexdump_key(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: MK", mk, mk_len);
 162
 163         if (gkdf(mk, seed, seed_len, kdf_out, kdf_out_len) < 0)
 164                 return -1;
 165
 166         pos = kdf_out;
 167         wpa_hexdump_key(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: MSK", pos, EAP_MSK_LEN);
 168         os_memcpy(msk, pos, EAP_MSK_LEN);
 169         pos += EAP_MSK_LEN;
 170
 171         wpa_hexdump_key(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: EMSK", pos, EAP_EMSK_LEN);
 172         os_memcpy(emsk, pos, EAP_EMSK_LEN);
 173         pos += EAP_EMSK_LEN;
 174
 175         wpa_hexdump_key(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: SK", pos, sk_len);
 176         os_memcpy(sk, pos, sk_len);
 177         pos += sk_len;
 178
 179         if (pk) {
 180                 wpa_hexdump_key(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: PK", pos, pk_len);
 181                 os_memcpy(pk, pos, pk_len);
 182         }
 183
 184         return 0;
 185 }
 186
 187
 188 static int eap_gpsk_derive_keys_aes(const u8 *psk, size_t psk_len,
 189                                     const u8 *seed, size_t seed_len,
 190                                     u8 *msk, u8 *emsk, u8 *sk, size_t *sk_len,
 191                                     u8 *pk, size_t *pk_len)
 192 {
 193 #define EAP_GPSK_SK_LEN_AES 16
 194 #define EAP_GPSK_PK_LEN_AES 16
 195         u8 kdf_out[EAP_MSK_LEN + EAP_EMSK_LEN + EAP_GPSK_SK_LEN_AES +
 196                    EAP_GPSK_PK_LEN_AES];
 197
 198         /*
 199          * inputString = RAND_Peer || ID_Peer || RAND_Server || ID_Server
 200          *            (= seed)
 201          * KS = 16, PL = psk_len, CSuite_Sel = 0x00000000 0x0001
 202          * MK = GKDF-16 (PSK[0..15], PL || PSK || CSuite_Sel || inputString)
 203          * MSK = GKDF-160 (MK, inputString)[0..63]
 204          * EMSK = GKDF-160 (MK, inputString)[64..127]
 205          * SK = GKDF-160 (MK, inputString)[128..143]
 206          * PK = GKDF-160 (MK, inputString)[144..159]
 207          * zero = 0x00 || 0x00 || ... || 0x00 (16 times)
 208          * Method-ID = GKDF-16 (zero, "Method ID" || EAP_Method_Type ||
 209          *                      CSuite_Sel || inputString)
 210          */
 211
 212         *sk_len = EAP_GPSK_SK_LEN_AES;
 213         *pk_len = EAP_GPSK_PK_LEN_AES;
 214
 215         return eap_gpsk_derive_keys_helper(EAP_GPSK_CIPHER_AES,
 216                                            kdf_out, sizeof(kdf_out),
 217                                            psk, psk_len, seed, seed_len,
 218                                            msk, emsk, sk, *sk_len,
 219                                            pk, *pk_len);
 220 }
 221
 222
 223 #ifdef EAP_GPSK_SHA256
 224 static int eap_gpsk_derive_keys_sha256(const u8 *psk, size_t psk_len,
 225                                        const u8 *seed, size_t seed_len,
 226                                        u8 *msk, u8 *emsk,
 227                                        u8 *sk, size_t *sk_len)
 228 {
 229 #define EAP_GPSK_SK_LEN_SHA256 SHA256_MAC_LEN
 230 #define EAP_GPSK_PK_LEN_SHA256 SHA256_MAC_LEN
 231         u8 kdf_out[EAP_MSK_LEN + EAP_EMSK_LEN + EAP_GPSK_SK_LEN_SHA256 +
 232                    EAP_GPSK_PK_LEN_SHA256];
 233
 234         /*
 235          * inputString = RAND_Peer || ID_Peer || RAND_Server || ID_Server
 236          *            (= seed)
 237          * KS = 32, PL = psk_len, CSuite_Sel = 0x00000000 0x0002
 238          * MK = GKDF-32 (PSK[0..31], PL || PSK || CSuite_Sel || inputString)
 239          * MSK = GKDF-160 (MK, inputString)[0..63]
 240          * EMSK = GKDF-160 (MK, inputString)[64..127]
 241          * SK = GKDF-160 (MK, inputString)[128..159]
 242          * zero = 0x00 || 0x00 || ... || 0x00 (32 times)
 243          * Method-ID = GKDF-16 (zero, "Method ID" || EAP_Method_Type ||
 244          *                      CSuite_Sel || inputString)
 245          */
 246
 247         *sk_len = EAP_GPSK_SK_LEN_SHA256;
 248
 249         return eap_gpsk_derive_keys_helper(EAP_GPSK_CIPHER_SHA256,
 250                                            kdf_out, sizeof(kdf_out),
 251                                            psk, psk_len, seed, seed_len,
 252                                            msk, emsk, sk, *sk_len,
 253                                            NULL, 0);
 254 }
 255 #endif /* EAP_GPSK_SHA256 */
 256
 257
 258 /**
 259  * eap_gpsk_derive_keys - Derive EAP-GPSK keys
 260  * @psk: Pre-shared key
 261  * @psk_len: Length of psk in bytes
 262  * @vendor: CSuite/Vendor
 263  * @specifier: CSuite/Specifier
 264  * @rand_peer: 32-byte RAND_Peer
 265  * @rand_server: 32-byte RAND_Server
 266  * @id_peer: ID_Peer
 267  * @id_peer_len: Length of ID_Peer
 268  * @id_server: ID_Server
 269  * @id_server_len: Length of ID_Server
 270  * @msk: Buffer for 64-byte MSK
 271  * @emsk: Buffer for 64-byte EMSK
 272  * @sk: Buffer for SK (at least EAP_GPSK_MAX_SK_LEN bytes)
 273  * @sk_len: Buffer for returning length of SK
 274  * @pk: Buffer for PK (at least EAP_GPSK_MAX_PK_LEN bytes)
 275  * @pk_len: Buffer for returning length of PK
 276  * Returns: 0 on success, -1 on failure
 277  */
 278 int eap_gpsk_derive_keys(const u8 *psk, size_t psk_len, int vendor,
 279                          int specifier,
 280                          const u8 *rand_peer, const u8 *rand_server,
 281                          const u8 *id_peer, size_t id_peer_len,
 282                          const u8 *id_server, size_t id_server_len,
 283                          u8 *msk, u8 *emsk, u8 *sk, size_t *sk_len,
 284                          u8 *pk, size_t *pk_len)
 285 {
 286         u8 *seed, *pos;
 287         int ret;
 288
 289         wpa_printf(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: Deriving keys (%d:%d)",
 290                    vendor, specifier);
 291
 292         if (vendor != EAP_GPSK_VENDOR_IETF)
 293                 return -1;
 294
 295         wpa_hexdump_key(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: PSK", psk, psk_len);
 296
 297         /* Seed = RAND_Peer || ID_Peer || RAND_Server || ID_Server */
 298         seed = os_malloc(2 * EAP_GPSK_RAND_LEN + id_server_len + id_peer_len);
 299         if (seed == NULL) {
 300                 wpa_printf(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: Failed to allocate memory "
 301                            "for key derivation");
 302                 return -1;
 303         }
 304
 305         pos = seed;
 306         os_memcpy(pos, rand_peer, EAP_GPSK_RAND_LEN);
 307         pos += EAP_GPSK_RAND_LEN;
 308         os_memcpy(pos, id_peer, id_peer_len);
 309         pos += id_peer_len;
 310         os_memcpy(pos, rand_server, EAP_GPSK_RAND_LEN);
 311         pos += EAP_GPSK_RAND_LEN;
 312         os_memcpy(pos, id_server, id_server_len);
 313         pos += id_server_len;
 314         wpa_hexdump(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: Seed", seed, pos - seed);
 315
 316         switch (specifier) {
 317         case EAP_GPSK_CIPHER_AES:
 318                 ret = eap_gpsk_derive_keys_aes(psk, psk_len, seed, pos - seed,
 319                                                msk, emsk, sk, sk_len,
 320                                                pk, pk_len);
 321                 break;
 322 #ifdef EAP_GPSK_SHA256
 323         case EAP_GPSK_CIPHER_SHA256:
 324                 ret = eap_gpsk_derive_keys_sha256(psk, psk_len, seed,
 325                                                   pos - seed,
 326                                                   msk, emsk, sk, sk_len);
 327                 break;
 328 #endif /* EAP_GPSK_SHA256 */
 329         default:
 330                 wpa_printf(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: Unknown cipher %d:%d used in "
 331                            "key derivation", vendor, specifier);
 332                 ret = -1;
 333                 break;
 334         }
 335
 336         os_free(seed);
 337
 338         return ret;
 339 }
 340
 341
 342 static int eap_gpsk_derive_mid_helper(u32 csuite_specifier,
 343                                       u8 *kdf_out, size_t kdf_out_len,
 344                                       const u8 *psk, const u8 *seed,
 345                                       size_t seed_len, u8 method_type)
 346 {
 347         u8 *pos, *data;
 348         size_t data_len;
 349         int (*gkdf)(const u8 *_psk, const u8 *_data, size_t _data_len,
 350                     u8 *buf, size_t len);
 351
 352         gkdf = NULL;
 353         switch (csuite_specifier) {
 354         case EAP_GPSK_CIPHER_AES:
 355                 gkdf = eap_gpsk_gkdf_cmac;
 356                 break;
 357 #ifdef EAP_GPSK_SHA256
 358         case EAP_GPSK_CIPHER_SHA256:
 359                 gkdf = eap_gpsk_gkdf_sha256;
 360                 break;
 361 #endif /* EAP_GPSK_SHA256 */
 362         default:
 363                 wpa_printf(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: Unknown cipher %d used in "
 364                            "Session-Id derivation", csuite_specifier);
 365                 return -1;
 366         }
 367
 368 #define SID_LABEL "Method ID"
 369         /* "Method ID" || EAP_Method_Type || CSuite_Sel || inputString */
 370         data_len = strlen(SID_LABEL) + 1 + 6 + seed_len;
 371         data = os_malloc(data_len);
 372         if (data == NULL)
 373                 return -1;
 374         pos = data;
 375         os_memcpy(pos, SID_LABEL, strlen(SID_LABEL));
 376         pos += strlen(SID_LABEL);
 377 #undef SID_LABEL
 378         os_memcpy(pos, &method_type, 1);
 379         pos += 1;
 380         WPA_PUT_BE32(pos, EAP_GPSK_VENDOR_IETF); /* CSuite/Vendor = IETF */
 381         pos += 4;
 382         WPA_PUT_BE16(pos, csuite_specifier); /* CSuite/Specifier */
 383         pos += 2;
 384         os_memcpy(pos, seed, seed_len); /* inputString */
 385         wpa_hexdump(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: Data to Method ID derivation",
 386                     data, data_len);
 387
 388         if (gkdf(psk, data, data_len, kdf_out, kdf_out_len) < 0) {
 389                 os_free(data);
 390                 return -1;
 391         }
 392         os_free(data);
 393         wpa_hexdump(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: Method ID", kdf_out, kdf_out_len);
 394
 395         return 0;
 396 }
 397
 398
 399 /**
 400  * eap_gpsk_session_id - Derive EAP-GPSK Session ID
 401  * @psk: Pre-shared key
 402  * @psk_len: Length of psk in bytes
 403  * @vendor: CSuite/Vendor
 404  * @specifier: CSuite/Specifier
 405  * @rand_peer: 32-byte RAND_Peer
 406  * @rand_server: 32-byte RAND_Server
 407  * @id_peer: ID_Peer
 408  * @id_peer_len: Length of ID_Peer
 409  * @id_server: ID_Server
 410  * @id_server_len: Length of ID_Server
 411  * @method_type: EAP Authentication Method Type
 412  * @sid: Buffer for 17-byte Session ID
 413  * @sid_len: Buffer for returning length of Session ID
 414  * Returns: 0 on success, -1 on failure
 415  */
 416 int eap_gpsk_derive_session_id(const u8 *psk, size_t psk_len, int vendor,
 417                                int specifier,
 418                                const u8 *rand_peer, const u8 *rand_server,
 419                                const u8 *id_peer, size_t id_peer_len,
 420                                const u8 *id_server, size_t id_server_len,
 421                                u8 method_type, u8 *sid, size_t *sid_len)
 422 {
 423         u8 *seed, *pos;
 424         u8 kdf_out[16];
 425         int ret;
 426
 427         wpa_printf(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: Deriving Session ID(%d:%d)",
 428                    vendor, specifier);
 429
 430         if (vendor != EAP_GPSK_VENDOR_IETF)
 431                 return -1;
 432
 433         wpa_hexdump_key(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: PSK", psk, psk_len);
 434
 435         /*
 436          * inputString = RAND_Peer || ID_Peer || RAND_Server || ID_Server
 437          *            (= seed)
 438          * KS = 16, CSuite_Sel = 0x00000000 0x0001
 439          * Method-ID = GKDF-16 (zero, "Method ID" || EAP_Method_Type ||
 440          *                      CSuite_Sel || inputString)
 441          */
 442         seed = os_malloc(2 * EAP_GPSK_RAND_LEN + id_server_len + id_peer_len);
 443         if (seed == NULL) {
 444                 wpa_printf(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: Failed to allocate memory "
 445                            "for Session-Id derivation");
 446                 return -1;
 447         }
 448
 449         pos = seed;
 450         os_memcpy(pos, rand_peer, EAP_GPSK_RAND_LEN);
 451         pos += EAP_GPSK_RAND_LEN;
 452         os_memcpy(pos, id_peer, id_peer_len);
 453         pos += id_peer_len;
 454         os_memcpy(pos, rand_server, EAP_GPSK_RAND_LEN);
 455         pos += EAP_GPSK_RAND_LEN;
 456         os_memcpy(pos, id_server, id_server_len);
 457         pos += id_server_len;
 458         wpa_hexdump(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: Seed", seed, pos - seed);
 459
 460         ret = eap_gpsk_derive_mid_helper(specifier,
 461                                          kdf_out, sizeof(kdf_out),
 462                                          psk, seed, pos - seed,
 463                                          method_type);
 464
 465         sid[0] = method_type;
 466         os_memcpy(sid + 1, kdf_out, sizeof(kdf_out));
 467         *sid_len = 1 + sizeof(kdf_out);
 468
 469         os_free(seed);
 470
 471         return ret;
 472 }
 473
 474
 475 /**
 476  * eap_gpsk_mic_len - Get the length of the MIC
 477  * @vendor: CSuite/Vendor
 478  * @specifier: CSuite/Specifier
 479  * Returns: MIC length in bytes
 480  */
 481 size_t eap_gpsk_mic_len(int vendor, int specifier)
 482 {
 483         if (vendor != EAP_GPSK_VENDOR_IETF)
 484                 return 0;
 485
 486         switch (specifier) {
 487         case EAP_GPSK_CIPHER_AES:
 488                 return 16;
 489 #ifdef EAP_GPSK_SHA256
 490         case EAP_GPSK_CIPHER_SHA256:
 491                 return 32;
 492 #endif /* EAP_GPSK_SHA256 */
 493         default:
 494                 return 0;
 495         }
 496 }
 497
 498
 499 static int eap_gpsk_compute_mic_aes(const u8 *sk, size_t sk_len,
 500                                     const u8 *data, size_t len, u8 *mic)
 501 {
 502         if (sk_len != 16) {
 503                 wpa_printf(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: Invalid SK length %lu for "
 504                            "AES-CMAC MIC", (unsigned long) sk_len);
 505                 return -1;
 506         }
 507
 508         return omac1_aes_128(sk, data, len, mic);
 509 }
 510
 511
 512 /**
 513  * eap_gpsk_compute_mic - Compute EAP-GPSK MIC for an EAP packet
 514  * @sk: Session key SK from eap_gpsk_derive_keys()
 515  * @sk_len: SK length in bytes from eap_gpsk_derive_keys()
 516  * @vendor: CSuite/Vendor
 517  * @specifier: CSuite/Specifier
 518  * @data: Input data to MIC
 519  * @len: Input data length in bytes
 520  * @mic: Buffer for the computed MIC, eap_gpsk_mic_len(cipher) bytes
 521  * Returns: 0 on success, -1 on failure
 522  */
 523 int eap_gpsk_compute_mic(const u8 *sk, size_t sk_len, int vendor,
 524                          int specifier, const u8 *data, size_t len, u8 *mic)
 525 {
 526         int ret;
 527
 528         if (vendor != EAP_GPSK_VENDOR_IETF)
 529                 return -1;
 530
 531         switch (specifier) {
 532         case EAP_GPSK_CIPHER_AES:
 533                 ret = eap_gpsk_compute_mic_aes(sk, sk_len, data, len, mic);
 534                 break;
 535 #ifdef EAP_GPSK_SHA256
 536         case EAP_GPSK_CIPHER_SHA256:
 537                 hmac_sha256(sk, sk_len, data, len, mic);
 538                 ret = 0;
 539                 break;
 540 #endif /* EAP_GPSK_SHA256 */
 541         default:
 542                 wpa_printf(MSG_DEBUG, "EAP-GPSK: Unknown cipher %d:%d used in "
 543                            "MIC computation", vendor, specifier);
 544                 ret = -1;
 545                 break;
 546         }
 547
 548         return ret;
 549 }